JP2022043684A - 救命措置訓練装置 - Google Patents

Abstract

【課題】救命措置の訓練効果を高める。【解決手段】救命措置訓練装置１０は、透過型スクリーン２０で構成される顔面１８を有する頭部１４と、胴体部１６とを含む人体模型１２と、人体模型１２の内部に設けられ、人体模型１２に対する外部からの刺激を検知して検知結果を出力するセンサ４０，４２，４４と、検知結果の時系列データに基づいて生成される生体反応のシミュレーション結果に応じて顔面の動画像を生成する制御部５４と、制御部５４が生成する顔面の動画像に基づく表示光５６を人体模型１２の内部から透過型スクリーン２０に向けて投射するプロジェクタ５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、救命措置訓練装置に関する。

人体模型を用いて心臓マッサージや人工呼吸などの救命措置を訓練するための装置が知られている。例えば、人体模型に血液の流れを模擬した発光ラインを設け、救命措置を施すことで血流が回復する様子を示すことで、訓練効果を高めることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２０１７－５１２３２１号公報

訓練効果をより高めるためには、救命措置の適否に応じた実際の生体反応を模擬できることが好ましい。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、救命措置の訓練効果を高める技術を提供することにある。

本発明のある態様の救命措置訓練装置は、透過型スクリーンで構成される顔面を有する頭部と、胴体部とを含む人体模型と、人体模型の内部に設けられ、人体模型に対する外部からの刺激を検知して検知結果を出力するセンサと、検知結果の時系列データに基づいて生成される生体反応のシミュレーション結果に応じて顔面の動画像を生成する制御部と、制御部が生成する顔面の動画像に基づく表示光を人体模型の内部から透過型スクリーンに向けて投射するプロジェクタと、を備える。

本発明によれば、救命措置の訓練効果を高めることができる。

実施の形態に係る救命措置訓練措置の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。

図１は、実施の形態に係る救命措置訓練装置１０の構成を模式的に示す図である。救命措置訓練装置１０は、人体模型１２と、複数のセンサ４０，４２，４４と、複数のアクチュエータ４６，４８と、プロジェクタ５０と、表示操作部５２と、制御部５４とを備える。

救命措置訓練装置１０は、例えば心肺停止状態の人に対する救命措置を訓練するために使用される。具体的には、人体模型１２を用いて、胸骨圧迫式の心臓マッサージ、人工呼吸および自動体外式除細動器（ＡＥＤ）の使用といった救命措置を訓練できる。本実施の形態では、救命措置の適否に応じて救命措置が施される人の生体反応をシミュレーションし、生体反応のシミュレーション結果に応じて人体模型１２の顔面１８の外観を変化させる。具体的には、プロジェクタ５０からの表示光５６を用いて顔面１８を表示することで、救命措置が施される人の表情や顔色が時間経過とともに変化していく様子を模擬する。本実施の形態によれば、救命措置がなされる人の実際的な生体反応を確認しながら訓練ができるため、訓練効果を高めることができる。

人体模型１２は、頭部１４と、胴体部１６とを含む。頭部１４は、透過型スクリーン２０で構成される顔面１８を有する。透過型スクリーン２０は、人間の顔の立体形状を模擬するように形成され、目２２、鼻２４、口２６および顎２８などの顔面の部位に対応する立体形状を有する。透過型スクリーン２０は、プロジェクタ５０からの表示光５６を透過および散乱させることが可能な半透明材料で構成される。透過型スクリーン２０として、例えばリアプロジェクション用のスクリーンと同様の光学特性を有する材料を用いることができる。

透過型スクリーン２０は、全体が肌色となるように着色されてもよい。透過型スクリーン２０は、目２２、鼻２４、口２６、顎２８、頬などの顔面の部位に応じた着色が施されてもよい。透過型スクリーン２０は、全体が無着色となるように構成され、例えば、全体が白色となるように構成されてもよい。透過型スクリーン２０は、人の肌の質感に似た可撓性を有する材料で構成されることが好ましい。透過型スクリーン２０は、硬質の材料で構成されてもよい。

頭部１４の顔面１８とは異なる箇所の表面は、非透光性の材料で構成される。頭部１４の頭頂部や後頭部の表面は、髪を模した材料で構成されてもよい。また、胴体部１６の表面や、頭部１４と胴体部１６を接続する首部の表面は、非透光性の材料で構成され、例えば、人間の肌を模した可撓性を有する肌色の材料で構成される。

図示していないが、人体模型１２は、上肢を含んでもよい。人体模型１２は、下半身を含んでもよく、全身模型であってもよい。

人体模型１２の内部には、心臓モデル３０、肺モデル３２、鼻腔３４、口腔３６および気道３８が設けられる。心臓モデル３０は、人間の心臓を模した部位であり、胴体部１６の内部に設けられる。肺モデル３２は、人間の肺を模した部位であり、胴体部１６の内部に設けられる。肺モデル３２は、心臓モデル３０を挟んだ左右の両側に設けられてもよい。鼻腔３４および口腔３６は、頭部１４の内部に設けられ、それぞれ鼻２４および口２６の位置において外部に開口する。気道３８は、鼻腔３４および口腔３６から肺モデル３２に向けて延在する管である。

複数のセンサ４０，４２，４４は、人体模型１２に対する外部からの刺激を検知して検知結果を出力する。心臓圧力センサ４０は、心臓モデル３０の近傍または内部に設けられ、胴体部１６に対する胸骨圧迫式の心臓マッサージによる刺激を検知するよう構成される。肺圧力センサ４２は、肺モデル３２の内部に設けられ、人工呼吸による気圧変化を検知するよう構成される。肺圧力センサ４２は、気道３８に設けられてもよい。肺圧力センサ４２は、人工呼吸による肺モデル３２の変形を検知してもよい。ＡＥＤセンサ４４は、胴体部１６の表面近傍に設けられ、ＡＥＤの使用による電気信号を検知するよう構成される。ＡＥＤセンサ４４は、ＡＥＤの電極パッドを貼り付けすべき位置に設けられ、例えば、胴体部１６の右胸の上方と左胸の下方の２箇所に設けられる。

複数のアクチュエータ４６，４８は、救命措置が施される人の生体反応による動きを生成する。心臓アクチュエータ４６は、心臓モデル３０の近傍または内部に設けられ、心臓の拍動を模擬するように動作する。肺アクチュエータ４８は、肺モデル３２の近傍または内部に設けられ、呼吸による肺の動きを模擬するように動作する。救命措置訓練装置１０は、血管の脈動を模擬するための追加のアクチュエータを備えてもよく、人体模型１２の首部や手首（不図示）などに追加のアクチュエータが設けられてもよい。

プロジェクタ５０は、頭部１４の内部に設けられ、人体模型１２の内部から透過型スクリーン２０に向けて表示光５６を投射するよう構成される。プロジェクタ５０は、透過型スクリーン２０までの投射距離を確保するために頭部１４の後頭部付近に設けられる。プロジェクタ５０は、頭部１４に対して固定されており、気道確保などのために頭部１４を動かした場合であっても顔面１８とプロジェクタ５０の位置関係が不変となるように構成される。

プロジェクタ５０は、制御部５４が生成する顔面の動画像に基づく表示光５６を生成して透過型スクリーン２０に向けて投射する。プロジェクタ５０は、動画像に基づいて変調されたレーザ光を二次元スキャンして投射するレーザスキャンプロジェクタであってもよい。プロジェクタ５０は、動画像に基づく表示光５６を投射することで、顔面１８の外観を動的に変化させ、顔面１８の表情や顔色などが時間経過とともに変化して見えるようにする。

表示操作部５２は、救命措置訓練装置１０への入力操作機能と、救命措置訓練装置１０の動作状態を示すための表示機能とを提供する。表示操作部５２は、例えば、タッチパネルで構成される。表示操作部５２は、訓練メニューの選択や訓練の開始のための入力操作を可能にする。表示操作部５２は、訓練中において、複数のセンサ４０，４２，４４の検知結果や、複数のセンサ４０，４２，４４の検知結果に基づく生体反応のシミュレーション結果などを表示してもよい。表示操作部５２は、例えば人体模型１２の外部に設けられ、有線または無線で制御部５４と接続される。表示操作部５２は、人体模型１２の表面に取り付けられてもよく、例えば、人体模型１２の腕や手（不図示）に設けられてもよい。表示操作部５２は、入力操作機能および表示機能のそれぞれが別体であってもよく、操作部と表示部が別々に実装されてもよい。

制御部５４は、人体模型１２の内部に設けられ、救命措置訓練装置１０の動作全般を制御する。制御部５４は、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現され、それらの連携によって実現される。したがって、制御部５４の機能は、ハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

制御部５４は、複数のセンサ４０，４２，４４の検知結果の時系列データを取得する。制御部５４は、取得した時系列データに基づいて、救命措置が施される人の生体反応をシミュレーションする。制御部５４は、例えば、機械学習によって事前に構築された生体反応のシミュレーションモデルを有する。シミュレーションモデルは、入力である複数のセンサ４０，４２，４４の検知結果の時系列データと、出力である生体反応のシミュレーション結果との相関関係を定義する。制御部５４は、生体反応を模擬するシミュレーションモデルを用いることで、複数のセンサ４０，４２，４４の検知結果の時系列データに基づいた生体反応のシミュレーション結果を生成する。制御部５４は、例えば、心臓の動きや血流の状態といった循環器系の状態、呼吸の有無や肺の酸素量といった呼吸器系の状態、および、脳や心臓などの重要臓器に供給される酸素量などをシミュレーションし、これらの少なくとも一つをシミュレーション結果として生成する。

制御部５４は、心停止状態における心臓圧力センサ４０の検知結果の時系列データに基づいて、血流の状態や重要臓器に供給される酸素量をシミュレーションしてもよい。例えば、胸骨圧迫式の心臓マッサージが適切な圧力および周期で実行されることが検知される場合、シミュレーション結果は、血液が循環して重要臓器への酸素供給が継続される状態となってもよい。一方、胸骨圧迫式の心臓マッサージが適切な圧力および周期で実行されないことが検知される場合、シミュレーション結果は、血液の循環が滞って重要臓器への酸素供給が中断される状態となってもよい。

制御部５４は、呼吸停止状態における肺圧力センサ４２の検知結果の時系列データに基づいて、肺に残存する酸素量をシミュレーションしてもよい。例えば、適切な人工呼吸によって肺モデル３２に空気が供給されることが検知される場合、シミュレーション結果は、肺の酸素量が増加する状態となってもよい。一方、適切な人工呼吸がなされていないことが検知される場合、シミュレーション結果は、肺の酸素量が徐々に低下する状態となってもよい。肺の酸素量は、生体反応のシミュレーションにおいて、血液中の酸素濃度や血流によって重要臓器へ供給される酸素量に反映されてもよい。

制御部５４は、心室細動などのＡＥＤの使用が必要となる状態におけるＡＥＤセンサ４４の検知結果の時系列データに基づいて、心臓の状態をシミュレーションしてもよい。例えば、ＡＥＤの電極パッドが適切な位置に貼り付けされてＡＥＤが使用されたことが検知される場合、シミュレーション結果は、心室細動が除去されて正常な心拍が再開される状態となってもよい。一方、ＡＥＤの適切な使用が検知されない場合、シミュレーション結果は、心室細動が継続する状態や心停止状態となってよい。

制御部５４は、心肺蘇生状態となるか死亡状態となるまでシミュレーションを継続する。例えば、重要臓器に所定の閾値以上の酸素量が一定時間にわたって継続して供給された場合、シミュレーション結果は、心拍および呼吸が再開された心肺蘇生状態となってもよい。一方、心肺停止状態において、重要臓器に所定の閾値未満の酸素量しか供給されない状態が一定時間継続した場合、シミュレーション結果は、死亡状態となってもよい。シミュレーションに用いる酸素量や時間に関する条件は、過去の症例に基づいて定めることができる。

制御部５４は、訓練メニューの種類に応じて、シミュレーションの初期状態や途中経過が異なるようにしてもよい。訓練メニューの種類として、例えば、心肺停止状態に対する救命措置、呼吸停止状態に対する救命措置、心室細動の発生に対する救命措置などが用意されてもよい。また、訓練メニューの種類として、救命措置の対象となる人の年齢、体格、性別などの属性が選択できるように構成されてもよく、これらに応じて生体反応のシミュレーション結果が異なるように構成されてもよい。例えば、人の属性に応じた複数種類の生体反応のシミュレーションモデルを事前に構築しておき、人の属性を選択することでシミュレーションに用いるモデルを切り替えるようにしてもよい。その他、人の属性に応じてシミュレーションモデルの内部変数を調整できるようにモデルを構築しておいてもよい。このような人の属性に応じたシミュレーションモデルは、人の属性ごとの過去の症例に基づく機械学習によって構築されてもよい。

制御部５４は、生体反応のシミュレーション結果に応じて、顔面１８に表示すべき動画像を生成する。制御部５４は、例えば心肺停止状態である場合、無表情の動画像を生成する。制御部５４は、血流の状態や血液中の酸素濃度に応じて無表情の動画像における肌の色や唇の色を変化させてもよい。例えば、救命措置が適切になされている場合、血色が維持または改善されるように変化する動画像を生成してもよい。一方、救命措置が適切になされていない場合、血色が悪化するように変化する動画像を生成してもよい。制御部５４は、心停止直後の状態において、死戦期呼吸や下顎呼吸といわれる心停止状態に特有の顔面の動きを表す動画像を生成してもよい。制御部５４は、心肺蘇生状態である場合、口や目の動きを伴う動画像を生成したり、表情を有する動画像を生成したりしてもよい。制御部５４は、救命措置に成功した場合、覚醒状態の動画像を生成してもよい。

制御部５４が生成する顔面１８の画像は、様々なパラメータを調整することによって生成されてもよい。例えば、顔面１８の各部位（目２２、鼻２４、口２６、顎２８など）の動きを指定するパラメータ、顔面１８の各部位の色を指定するパラメータ、および、顔面１８の表情や震えを指定するためのパラメータなどが用意されてもよい。制御部５４は、生体反応のシミュレーション結果に応じて、顔面１８の画像を生成するためのパラメータを動的に変化させ、顔面１８の動画像を生成してもよい。制御部５４は、顔面の動画像を生成するための複数の表示パターンを有し、生体反応のシミュレーション結果に応じて予め設定された表示パターンを選択してもよい。各表示パターンには、顔面１８の各部位の動きを指定するパラメータの組み合わせが設定されてもよい。救命措置の対象となる人の生体反応に対して顔面１８の画像を生成するためのパラメータをどのように調整するかは、過去の症例に基づく機械学習などによって決定されてもよい。

制御部５４は、顔面１８を構成する透過型スクリーン２０に着色が施されている場合、透過型スクリーン２０の着色に応じて顔面の動画像の色を補正して色補正された動画像を生成する。制御部５４は、例えば、透過型スクリーン２０の着色に対応する顔面の基準画像を保持し、生体反応のシミュレーションに基づいて生成される顔面１８の動画像から基準画像を差し引くことで色補正された動画像を生成する。顔面の基準画像は、画素ごとに色が異なるよう構成されてもよく、例えば、顔面１８の部位に応じて色が異なってもよい。顔面の基準画像は、一部の画素のみに色があるように構成されてもよい。プロジェクタ５０が色補正された動画像に基づく表示光５６を投射することで、着色された透過型スクリーン２０に色補正された動画像が重畳される。その結果、顔面１８の外観を元の色補正されていない動画像と同様の見ためにすることができる。なお、顔面の動画像の色補正は、減算処理に限られず、色補正のために任意の画像処理が適用されてもよい。例えば、色補正前の顔面画像と色補正後の顔面画像の相関を画素ごとに定めるフィルタ画像を適用することで、顔面１８の動画像に色補正がなされてもよい。

制御部５４は、生体反応のシミュレーション結果に応じて、複数のアクチュエータ４６，４８の動作を制御する。制御部５４は、例えば、生体反応のシミュレーション結果として心肺の動作を示す時系列データを生成し、生成した心肺の動作を示す時系列データに基づいて心臓アクチュエータ４６や肺アクチュエータ４８を動作させる。これにより、シミュレーションされた心肺の動作に対応した心臓の拍動や呼吸動作が模擬されるようにする。制御部５４は、例えば、シミュレーション結果として心電図データを生成し、生成した心電図データに対応する心臓の拍動が模擬されるように心臓アクチュエータ４６を動作させてもよい。制御部５４は、シミュレーション結果として心臓アクチュエータ４６の駆動信号を生成し、生成した駆動信号に基づいて心臓アクチュエータ４６を動作させてもよい。

制御部５４は、生体反応のシミュレーション結果に基づいて、表示操作部５２の表示を制御する。制御部５４は、心拍数や心電図といった心臓の動きを示す情報を表示操作部５２に表示してもよい。制御部５４は、呼吸のリズムや回数を示す情報を表示操作部５２に表示してもよい。制御部５４は、複数のセンサ４０，４２，４４の検知結果を表示操作部５２に表示してもよく、胸骨圧迫式の心臓マッサージ、人工呼吸およびＡＥＤ操作の回数や適否を示す情報を表示してもよい。

つづいて、救命措置訓練装置１０の使用方法の一例を説明する。まず、人体模型１２を適切な場所に配置し、表示操作部５２を操作して訓練メニューを選択する。表示操作部５２を通じて訓練を開始させると、訓練メニューに応じた初期状態のシミュレーション結果に応じた表情および血色の顔面１８が表示される。訓練開始時には、健康な状態から重篤な状態に変化していく過程に対応する顔面１８の動画像が表示されてもよい。また、初期状態のシミュレーション結果に基づいて、複数のアクチュエータ４６，４８の動作が制御される。

訓練者は、顔面１８に表示される表情や血色、複数のアクチュエータ４６，４８の動作に基づく心臓の動きや呼吸の状態を確認し、生体反応のシミュレーション結果を診断し、適切な救命措置を開始する。例えば、心肺停止状態であると診断した場合、胸骨圧迫式の心臓マッサージを開始するとともに、可能であれば人工呼吸を開始する。また、ＡＥＤを準備し、ＡＥＤの電極パッドを所定の位置に貼り付けてＡＥＤを動作させる。

制御部５４は、複数のセンサ４０，４２，４４の検知結果の時系列データに基づいて、生体反応をシミュレーションする。訓練者の救命措置が適切に実施されていれば、血色が徐々に回復するように顔面１８の表示を変化させる。また、訓練者の救命措置が適切に継続されていれば、複数のアクチュエータ４６，４８を動作させて心拍や呼吸を再開させたり、口や目の動きを伴うように顔面１８を動的に表示させたりして、心肺蘇生の成功を模擬する。一方、訓練者の救命措置が適切に実施されていなければ、血色が悪化するように顔面１８の表示を変化させる。

本実施の形態によれば、救命措置の対象となる人の生体反応のシミュレーション結果に応じて顔面１８の表示が動的に変化するため、救命措置の適否に応じた実際の生体反応を分かりやすく訓練者に示すことができる。救命措置に成功した場合には、徐々に血色が回復して生き生きとした表情が顔面１８に戻ることとなり、成功体験をよりリアルに味わうことができる。その結果、表情に変化のない訓練装置を用いる場合に比べて、訓練の成功体験を訓練者により深く意識付けることができ、訓練効果を高めることができる。

本実施の形態によれば、頭部１４の内部に固定されるプロジェクタ５０を用いて顔面１８を表示するため、頭部１４を動かして気道確保をしたり、頭部１４に触れて人工呼吸をしたりする場合であっても、これらの救命措置を阻害することなく顔面１８の表示を継続できる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態に示す各構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。

上述の実施の形態では、人体模型１２の内部に設けられる制御部５４において生体反応のシミュレーションを実行する場合について示した。別の実施の形態では、救命措置訓練装置１０とは別体の外部サーバにおいて、生体反応のシミュレーションを実行してもよい。制御部５４は、センサ４０，４２，４４の検知結果を外部サーバに送信し、外部サーバから生体反応のシミュレーション結果を取得してもよい。さらに別の実施の形態では、外部サーバにて顔面１８の動画像を生成してもよく、制御部５４は、外部サーバで生成される顔面１８の動画像を取得することで、プロジェクタ５０が用いる動画像を生成してもよい。

上述の実施の形態では、心肺停止状態に対する総合的な救命措置の訓練を実施するための訓練メニューについて説明した。別の実施の形態では、特定の救命措置に特化した訓練メニューが用意されてもよい。例えば、胸骨圧迫式の心臓マッサージのみを適切に実施するための訓練メニューや、ＡＥＤを適切に扱うことに特化した訓練メニューなどが用意されてもよい。

１０…救命措置訓練装置、１２…人体模型、１４…頭部、１６…胴体部、１８…顔面、２０…透過型スクリーン、４０…心臓圧力センサ、４２…肺圧力センサ、４４…ＡＥＤセンサ、４６…心臓アクチュエータ、４８…肺アクチュエータ、５０…プロジェクタ、５２…表示操作部、５４…制御部、５６…表示光。

Claims (4)

1. 透過型スクリーンで構成される顔面を有する頭部と、胴体部とを含む人体模型と、
   前記人体模型の内部に設けられ、前記人体模型に対する外部からの刺激を検知して検知結果を出力するセンサと、
   前記検知結果の時系列データに基づいて生成される生体反応のシミュレーション結果に応じて顔面の動画像を生成する制御部と、
   前記制御部が生成する顔面の動画像に基づく表示光を前記人体模型の内部から前記透過型スクリーンに向けて投射するプロジェクタと、を備えることを特徴とする救命措置訓練装置。
2. 前記透過型スクリーンは、顔面の部位に応じた着色が施されており、
   前記制御部は、前記生体反応のシミュレーション結果に応じて生成される顔面の動画像の色を前記透過型スクリーンの着色に応じて補正し、顔面の色補正された動画像を生成し、
   前記プロジェクタは、前記制御部が生成する顔面の色補正された動画像に基づく表示光を投射することを特徴とする請求項１に記載の救命措置訓練装置。
3. 前記人体模型の内部に設けられ、心拍および呼吸の少なくとも一方の動作を模擬するアクチュエータをさらに備え、
   前記生体反応のシミュレーション結果は、心拍および呼吸の少なくとも一方の動作を示す時系列データを含み、
   前記制御部は、心拍および呼吸の少なくとも一方の動作を示す前記時系列データに基づいて前記アクチュエータの動作を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の救命措置訓練装置。
4. 救命措置に関する訓練メニューを選択するための操作部をさらに備え、
   前記制御部は、前記操作部により選択された訓練メニューに応じた救命措置の実施による刺激の検知結果に基づいて前記生体反応のシミュレーション結果が変化した場合、前記生体反応のシミュレーション結果の変化に応じて変化する顔面の動画像を生成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の救命措置訓練装置。

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